曲柄零件的加工工艺及夹具设计.docx
《曲柄零件的加工工艺及夹具设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《曲柄零件的加工工艺及夹具设计.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
曲柄零件的加工工艺及夹具设计
扬州市职业大学
毕业设计说明书
设计题目:
曲柄零件的加工工艺及
夹具设计
学生姓名:
李彦成
学号:
120101713
院(系):
机械工程学院
年级专业:
机械制造与自动化
指导教师:
冯晋
2015年4月
摘要
在制造业中得到广泛应用的夹具,是产品制造各工艺阶段中十分重要的工艺装备之一。
目前实际生产中,通用夹具往往不能满足生产要求。
使用通用夹具装夹往往有工件效率低、劳动强度大、加工质量不高等问题。
夹具的质量、工作效率,及可靠性,都对产品的加工质量和生产效率有着决定性的影响。
现在夹具都朝着柔性化、自动化、标准化、通用化和高效化方向发展。
所以机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。
一、零件的分析
1.1零件的作用
曲柄的作用是将直线运动和圆周运动相互转化。
在汽车发动机、曲柄连杆等机构中得到了广泛的应用。
1.2零件的工艺分析
由零件图可得,这个零件以一个φ22的圆柱为基准,它内孔的表面粗糙度为
3.2,两端面的表面粗糙度为Ra12.5。
侧面有一个φ5锥销孔,它的表面粗糙度为Ra1.6。
在圆柱的两端分别对称放置一个φ32的圆柱,它们和φ22的圆柱有平行度要求。
它们外侧表面粗糙度要求为Ra12.5,内侧表面粗糙度为Ra3.2。
在两个φ32圆柱的侧面各有一个φ12沉头孔,它的表面粗糙度为Ra6.3,内孔表面粗糙度为Ra3.2。
在两个φ32圆柱的侧面上各有一个M6螺钉孔。
由此可先,此曲柄零件的加工复杂程度一般,表面粗糙度要求也一般。
二、工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
考虑到零件的材料为HT200,年产量为5000件,零件的尺寸不大,因此采用金属型浇注的制造方法。
金属型浇注的特点为结构细密,能承受较大压力.且表面粗糙度为Ra12.5~Ra6.3,符合此零件的要求。
2.2基准的选择
(一)粗基准的选择
粗基准的选择一般以不加工面作为粗基准。
如果在工件上有许多不加工的面,则以与加工面位置精度较高的表面作为粗基准。
如果需要保证工件某重要表面的加工余量均匀,应选择它为粗基准。
应优先选择加工余量较小的表面作为粗基准。
选择作为粗基准的表面不应有浇口、冒口、飞边等缺陷,以便定位可靠。
粗基准一般只能使用一次,特别是主要定位基准,以避免较大的位置误差。
综上所述,此零件选择φ22圆柱的端面作为粗基准。
(二)精基准的选择
精基准的选择一般以“基准重合”、“基准统一”、“自为基准”、“互为基准”、等作为选择原则。
2.3工件表面加工方法的选择
本零件的加工面有数个端面、孔等,材料为HT200。
根据《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—6、表1.4—7、表1.4—8,其加工方法选择如下:
1.Φ22端面:
经济精度IT12~14,表面粗糙度Ra12.5~6Ra.3,粗铣。
2.Φ32圆柱外端面:
经济精度IT12~14,表面粗糙度Ra12.5~Ra6.3,粗铣。
3.Φ32圆柱内端面:
经济精度IT11~12,表面粗糙度Ra6.3~1.6,粗铣→半精铣。
4.Φ12沉头孔端面:
经济精度IT11~12,表面粗糙度Ra6.3~1.6,粗铣→半精铣。
5.M6螺纹孔:
表面粗糙度Ra3.2~0.8,钻→攻。
6.Φ5.5孔:
经济精度IT8~10,表面粗糙度Ra3.2~0.8,钻→绞。
7.Φ5锥销孔:
经济精度IT8~10,表面粗糙度Ra3.2~0.8,钻→绞。
8.φ12沉头孔:
经济精度IT12~14,表面粗糙度Ra12.5~Ra6.3,锪。
9.φ12内孔:
经济精度IT8~10,表面粗糙度Ra3.2~0.8,扩→绞。
10.φ16内孔:
经济精度IT8~10,表面粗糙度Ra3.2~0.8,扩→绞。
2.4制定工艺路线
制定工艺路线的目的,是使在零件的几何形状,尺寸精度及位置精度等技术要求能得到保证的同时,在生产纲领确定的生产条件下,尽可能采用通用性的机床配以专用工装夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外,还应当考虑经济因素,使生产成本尽可能的降低。
工艺路线方案一:
工序1:
铸造。
工序2:
消砂。
工序3:
热处理。
工序4:
粗铣曲柄φ22和φ32外端面,然后调头粗铣另外两端面。
工序5:
粗铣、半精铣曲柄φ32内端面。
工序6:
扩、绞φ12孔。
工序7:
扩、绞φ16孔。
工序8:
粗铣、半精铣两个φ12圆台面。
工序9:
锪φ12的沉头锥孔。
工序10:
钻、绞φ5.5孔。
工序11:
钻、攻M6螺纹孔。
工序12:
钻、绞φ5锥销孔。
工序13:
去毛刺。
工序14:
终检。
工艺路线方案二:
工序1:
铸造。
工序2:
消砂。
工序3:
热处理。
工序4:
粗铣曲柄外端面。
工序5:
扩、绞φ12孔。
工序6:
粗铣、半精铣曲柄内端面。
工序7:
扩、绞φ16孔。
工序8:
粗铣、半精铣φ12圆台面。
工序9:
锪φ12的沉头锥孔。
工序10:
钻、绞φ5.5孔。
工序11:
钻、攻M6螺纹孔。
工序12:
钻、绞φ5锥销孔。
工序13:
去毛刺。
工序14:
终检。
工艺方案比较与分析:
工艺路线方案二以曲柄零件外端面作为粗基准,分步加工端面与孔,有效的减少了因基准带来的误差。
但是这样极大的增加了零件的装夹时间和工步切换时间。
不利于增加生产效率和提高经济效益。
因此综合考虑,选择工序集中的方案一作为最终工艺路线。
2.5机械加工余量及毛坯尺寸的确定
曲柄零件材料为HT200,硬度为200HBS,毛坯重量约为0.35KG,生产类型为中批生产,毛坯采用金属型浇注的方法制造。
查表2.2-2得公差等级为8~10级。
1)Φ22mm外端面:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为2mm。
2)Φ32mm外端面:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为2mm。
3)Φ32mm内端面:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为2mm。
4)Φ12mm内孔:
,参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为1mm。
5)Φ16mm内孔:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为1mm。
6)Φ12mm沉头孔端面:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为0.5mm。
7)Φ5.5mm内孔:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为0.4mm。
8)M6螺纹孔:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为0.5mm。
6)Φ5mm锥销孔:
参照《机械切削工艺参数速查手册》、《实用机械加工工艺手册》确定加工余量为0.4mm。
将零件图上各尺寸加上所查得的余量值即可得到毛坯尺寸。
选取原则是,对于只需粗加工的表面,可取所查数据的最小值,当表面需要经过多次加工时,可取其较大值。
2.6工序设计
2.6.1选择加工设备及工艺设备
1.选择机床
工序4、8是粗铣和半精铣,各工序工步数不多,成批生产不需要很高的生产率,故选用立式铣床即可满足要求。
本零件外轮廓尺寸不大,精度要求不是很高,选用最常用的X51。
工序5是粗铣和半精铣,使用三面刃铣刀,应选卧式铣床,考虑到所选机床应具有较广的使用范围,供选用X62。
工序6、7、9、10、11为钻孔,因此选用立式钻床,所以选择Z518型立式钻床。
2.选择夹具
本零件除了铣端面之外使用通用夹具之外,其他工序都需要使用专用夹具。
3.选择刀具
铣刀按表3.1-27选择立铣刀,因为零件仅要求粗加工端面,因此选择立铣刀,粗加工直径d=36mm,d1=32mm,L=133mm,l=53mm,Z=4。
直齿三面刃铣刀按表3.1-39选择d=50mm,D=16mm,d1=27mm,L=12mm。
麻花钻按表3.1-5选择d=4.8mm,d=5的右旋直柄麻花钻。
扩孔钻按表3.1-8选择d=11.85mm和d=15.85mm的直柄扩孔钻。
沉头孔按表3.1-12选择d=12mm的直柄锥面锪钻完成。
铰刀按表3.1-16选择d=5.5mm,d=5mm,d=6,d=12,d=16的直柄机用铰刀。
丝锥按表3.1-48选择d=6mm的M6粗牙普通螺纹丝锥。
4.选择量具
本零件属于成批生产,一般采用通用量具即可。
因此按表5.2-9分别选择分度值为0.05,测量范围为0~150的游标卡尺和分度值为0.01,测量范围为0~150的游标卡尺测量零件要求的各项尺寸。
2.6.2确定工序尺寸
确定工序尺寸的一般方法是,在加工表面的最后一步工序往前推算,最后完成后的尺寸按照零件要求标注。
1.确定端面的工序尺寸
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗
半精
粗
半精
粗
半精
Φ22外端面
2mm
Ra12.5
Φ32外端面
2mm
Ra12.5
Φ32内端面
1mm
0.3mm
Ra12.5
Ra3.2
Φ12沉头孔端面
0.5
Ra6.3
2.确定孔的工序尺寸
加工孔
工序尺寸
表面粗糙度
钻
扩
绞
钻
扩
绞
Φ12
11.85
12
Ra6.3
Ra3.2
Φ16
15.85
16
Ra6.3
Ra3.2
Φ5.5
4.8
5.5
Ra12.5
Ra3.2
Φ6
5
Ra12.5
Φ5
4.8
5
Ra12.5
Ra3.2
2.7确定切削用量和基本时间
切削用量一般包括切削深度,进给量和切削速度三项。
确定方法的方法是先确定切削深度、进给量,再确定切削速度。
现根据《切削用量简明手册》确定本零件各工序的切削用量。
2.7.1切削用量和基本时间的确定
工序4铣φ22和φ32外端面
(一)刀具选择
根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1选择立铣刀,直径d=36mm,d1=32mm,L=133mm,l=53mm,Z=4。
(二)切削用量
ap=1mm,走刀一次完成。
(三)机床选择
机床选择为X51,由《机械制造工艺设计简明手册》表4.2当机床功率为4.5KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁f=0.12-0.2mm/r,取f=0.2mm/r。
(四)确定切削速度Vc
由《机械切削工艺参数速查手册》表4-31,取Vc=100m/min时,根据公式
得,n =497.611r/min。
根据X51机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取主轴转速n机=490r/min.则实际切削速度为V =98m/min。
当n机=490r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=f×z×n=0.12×4×490=235.2mm/min.由X51机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取Vf=230mm/min。
计算基本工时
由《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7公式得:
L2=1~3mm。
因为是两边端面,所以需乘以2,因此Tj=0.78min。
辅助时间
,同理得Tf=0.4min。
工序5粗铣、半精铣曲柄内端面。
1.粗铣曲柄内端面
(一)刀具选择
(二)根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1选择直齿三面刃铣刀按表3.1-39选择d=50mm,D=16mm,d1=27mm,L=12mm。
(三)切削用量
ap=0.6mm,走刀一次完成。
(四)机床选择
机床选择为X62,由《机械制造工艺设计简明手册》表4.2当机床功率为4KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁f=0.12-0.2mm/r,取f=0.2mm/r。
(五)确定切削速度Vc
由《机械切削工艺参数速查手册》表4-31,取Vc=100m/min时,根据公式
得,n =497.611r/min。
根据X62机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取主轴转速n机=490r/min.则实际切削速度为V =98m/min。
当n机=490r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=f×z×n=0.2×4×490=392mm/min.由X62机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取Vf=375mm/min。
(六)计算基本工时
由《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7公式得:
L2=1~3mm。
,因为要铣两个端面所以Tj=0.3min。
辅助时间
。
同理得,Tf=0.4min。
2.精铣曲柄内端面
(一)刀具选择
(二)根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1选择直齿三面刃铣刀按表3.1-39选择d=50mm,D=16mm,d1=27mm,L=12mm。
(三)切削用量
ap=0.4mm,走刀一次完成。
(四)机床选择
机床选择为X62,由《机械制造工艺设计简明手册》表4.2当机床功率为4KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁f=0.12-0.2mm/r,取f=0.12mm/r。
(五)确定切削速度Vc
由《机械切削工艺参数速查手册》表4-31,取Vc=100m/min时,根据公式
得,n =497.611r/min。
根据X62机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取主轴转速n机=490r/min.则实际切削速度为V =98m/min。
当n机=490r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=f×z×n=0.12×4×490=235.2mm/min.由X62机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取Vf=250mm/min。
(六)计算基本工时
由《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7公式得:
L2=1~3mm。
,因为要铣两个端面所以Tj=0.3min。
辅助时间
。
同理得,Tf=0.4min。
工序6:
粗铣、半精铣φ12圆台面。
1.粗铣:
刀具选择
根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1选择直径d=36mm,d1=32mm,L=133mm,l=53mm,Z=4的立铣刀。
切削用量
ap=0.3mm,走刀一次完成。
机床选择
机床选择为X51,由《机械制造工艺设计简明手册》表4.2当机床功率为4.5KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁f=0.12-0.2mm/r,取f=0.2mm/r。
确定切削速度Vc
由《机械切削工艺参数速查手册》表4-31,取Vc=55m/min时,根据公式
得,n =1458.92r/min。
根据X51机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取主轴转速n机=1500r/min.则实际切削速度为V =56.54m/min
当n机=1500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=f×z×n=0.2×4×1500=1200mm/min。
由X51机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取Vf=980mm/min。
计算基本工时
由《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7公式得:
L2=1~3mm。
,
辅助时间
。
2.精铣:
刀具选择
根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1选择直径d=36mm,d1=32mm,L=133mm,l=53mm,Z=4的立铣刀。
切削用量
ap=0.2mm,走刀两次完成。
机床选择
机床选择为X51,由《机械制造工艺设计简明手册》表4.2当机床功率为4.5KW,采用YG6硬质合金材料加工铸铁f=0.12-0.2mm/r,取f=0.12mm/r。
确定切削速度Vc
由《机械切削工艺参数速查手册》表4-31,取Vc=55m/min时,根据公式
得,n =1458.92r/min。
根据X51机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取主轴转速n机=1500r/min.则实际切削速度为V =56.54m/min。
当n机=1500r/min时,工作台为每分钟进给量是进给速度Vf=fm=f×z×n=0.12×4×1500=720mm/min。
由X51机床《机械制造工艺设计简明手册》4.2-29取Vf=725mm/min。
计算基本工时
由《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7公式得:
L2=1~3mm。
,
辅助时间
。
工序 7 锪φ12孔
1.锪Φ12孔
(一)机床选择选用Z518型立式钻床。
(二)刀具选择d=12mm的直柄锥面锪钻。
(三)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9.5.1得,f=0.13~0.18mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取进给量f=0.13mm/r.。
由《机械切削工艺参数速查手册》9.4,取V=37m/min,因此取n=981.45r/min。
由钻床说明书,取n机=960r/min,故V=36.19m/min。
(四)计算工时
,因为有两个孔,因此乘以2,得Tj=0.14min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,同理得Tf=0.34min。
工序8 扩、绞φ12孔
1.扩Φ12孔
(一)机床选择选用Z518型立式钻床。
(二)刀具选择d=11.85mm锥柄扩孔钻。
(三)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9.5.1得,f=0.7—0.9mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取进给量f=0.81mm/r.。
由《机械切削工艺参数速查手册》9.5,取V=16m/min由钻床说明书,取n机=680r/min,故V=35.63m/min。
(四)计算工时
。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min
2.铰Φ12孔
(一)机床选择选用Z518型立式钻床。
(二)刀具选择直径12mm高速钢直柄机用铰刀。
(三)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9-27,当d=12时,f=0.25mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取f=0.28mm/r.由《机械切削工艺参数速查手册》,取V=24m/min,则n=636.61r/min。
由钻床说明书,取n机=680r/min,故V=25m/min。
(四)计算工时
。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min。
工序9 扩、绞φ16孔
1.扩Φ16孔
(一)机床选择选用Z518型立式钻床。
(二)刀具选择d=15.85mm锥柄扩孔钻。
(三)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9.5.1得,f=0.8~1.1mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取进给量f=0.81mm/r。
由《机械切削工艺参数速查手册》9.5,取V=16m/min,因此取n=282.942r/min。
由钻床说明书,取n机=272r/min,故V=25.38m/min。
(四)计算工时
,因为有两个孔,因此乘以2,得Tj=0.16min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,同理得Tf=0.34min。
2.铰Φ16孔
机床选择选用Z518型立式钻床。
刀具选择直径16mm高速钢直柄机用铰刀。
确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9-27,当d=18时,f=0.36mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取f=0.36mm/r.由《机械切削工艺参数速查手册》,取V=24m/min,则n=424.41r/min。
由钻床说明书,取n机=545r/min,故V=30.81m/min。
计算工时
,因为钻两个孔,因此Tj=0.42min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,Tf×2=0.34min。
工序 10 钻、绞φ5.5孔
1.钻Φ5.5孔
(五)机床选择选用Z518型立式钻床。
(六)刀具选择d=4.8mm的右旋直柄麻花钻。
(七)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9.5.1得,f=0.27~0.33mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取进给量f=0.28mm/r.。
由《机械切削工艺参数速查手册》9.4,取V=16m/min,因此取n=1061.03r/min。
由钻床说明书,取n机=960r/min,故V=14.47m/min。
(八)计算工时
,因为有两个孔,因此乘以2,得Tj=0.1min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,同理得Tf=0.34min。
2.铰Φ5.5孔
机床选择选用Z518型立式钻床。
刀具选择直径5.5mm高速钢直柄机用铰刀。
确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9-27,当d=5.5时,f=0.15mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取f=0.13mm/r.由《机械切削工艺参数速查手册》,取V=20m/min,则n=1157.49r/min。
由钻床说明书,取n机=960r/min,故V=16.587m/min。
计算工时
,因为绞两个孔,因此Tj=0.68min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,Tf×2=0.34min。
工序 11 钻、攻M6孔
1.钻Φ6孔
(一)机床选择选用Z518型立式钻床。
(二)刀具选择d=5mm的右旋直柄麻花钻。
(三)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9.5.1得,f=0.27~0.33mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取进给量f=0.28mm/r.。
由《机械切削工艺参数速查手册》9.4,取V=16m/min,因此取n=878.09r/min。
由钻床说明书,取n机=960r/min,故V=17.49m/min。
(四)计算工时
,因为有两个孔,因此乘以2,得Tj=0.14min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,同理得Tf=0.34min。
2.钻M6孔
机床选择选用Z518型立式钻床。
刀具选择M6粗牙普通螺纹丝锥。
确定切削用量
一次切削完成,由于进给量很小,所以采用手动进给,暂定f=0.16mm/r。
由《机械切削工艺参数速查手册》,取V=10m/min,则n=530.52r/min。
由钻床说明书,取n机=545r/min,故V=10.27m/min。
计算工时
,因为钻两个孔,因此Tj=1.32min。
Tf=0.05+0.04+0.02+0.01+0.02+0.01+0.02=0.17min,Tf×2=0.34min。
工序 12 钻、绞φ5孔
1.钻Φ5孔
(一)机床选择选用Z518型立式钻床。
(二)刀具选择d=4.8mm的右旋直柄麻花钻。
(三)确定切削用量
一次走刀完成,由《机械切削工艺参数速查手册》表9.5.1得,f=0.27~0.33mm/r,由《机械制造工艺设计简明手册》4.2-13取进给量f=0.28mm/